Sensorlösungen für das Wärmemanagement von BEVs

In Elektrofahrzeugen erfüllt das HLK-System (Heizung, Lüftung, Klimatisierung) unterschiedliche Aufgaben im Zusammenhang mit Heiz- und Kühlprozessen. Dadurch gewährleisten sie direkt oder indirekt, dass sich die Insassen wohlfühlen und dass das Batteriesystem und andere elektrische Komponenten stets die optimale Temperatur haben. Mehrere Temperatur- und Drucksensoren überwachen den Kältemittelkreislauf, sodass das Steuergerät das gesamte System über verschiedene Ventile regulieren kann. Folglich spielt das HLK-System eine wichtige Rolle im komplexen Thermomanagementsystem des Fahrzeugs. 

Lösung von TDK

TDK bietet zuverlässige und robuste Sensorsysteme zur Überwachung des Kältemittelkreislaufs für verschiedene Anwendungen. 

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Temperatursensoren 2

Damit Fahrgäste komfortabel unterwegs sind und die Batterie optimal temperiert wird, ist es wichtig, die Umgebungstemperatur zu überwachen. 

Lösung von TDK

TDK bietet robuste und bewährte Sensorsysteme zur präzisen Erfassung der Außentemperatur an. Die Sensoren können in Fahrzeugstoßstangen oder Außenspiegeln integriert werden. 

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Um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen und den Komfort der Insassen zu gewährleisten, gilt es, verschiedene Heiz- und Kühlfunktionen effizient aufeinander abzustimmen. Als alleinige Energiequelle für diese Funktionen dient die Fahrzeugbatterie.

Um Reichweite und Komfort gleichzeitig zu optimieren, müssen die verschiedenen Funktionen daher im Rahmen eines optimierten Wärmemanagementsystems überwacht und gesteuert werden. 

Lösung von TDK

TDK bietet eine breite Palette bewährter Sensorsysteme an, mit denen sich die Temperatur der in den Fahrzeuginnenraum strömenden Luft erfassen lässt. Darüber hinaus liefert das Unternehmen Temperatursensoren für Überwachungsanwendungen wie beheizbare Lenkräder, Sitzheizungen und andere spezielle beheizbare Oberflächen in Elektrofahrzeugen. 

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Temperatursensoren PTC-Heizelemente

Über die Navigationssoftware schätzen Elektrofahrzeuge die verbleibende Reichweite, indem sie die entlang der Strecke vorhandenen Geschwindigkeitsbegrenzungen berücksichtigen. Autobahnen, insbesondere solche ohne Geschwindigkeitsbegrenzung, bleiben dabei unberücksichtigt, da der Luftwiderstand quadratisch mit der Geschwindigkeit zunimmt. Um die Reichweite zu maximieren, ohne die Reisegeschwindigkeit zu begrenzen, gilt es, den Luftwiderstand zu minimieren. Dies lässt sich erreichen, indem die Kühleröffnungen mechanisch verschlossen, die Außenspiegel eingeklappt oder die Spoiler ausgefahren werden. 

Lösung von TDK

Die eingebetteten Motorcontroller der HVC-5x-Serie von TDK basieren auf dem Arm® Cortex® M3 und sind für bürstenbehaftete Gleichstrommotoren (BDC), bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) sowie Schrittmotoren konzipiert. Sie kommen in Anwendungen wie Kühlergrillklappen, Ventilen, Klappen und Spoilern zum Einsatz. Da die HVC-5x-Familie komplexe Motorsteuerungsalgorithmen unterstützt, darunter die feldorientierte Regelung (FOC) und die Raumvektormodulation (SVM) für Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM), können Entwicklungsingenieure den Betrieb der Motoren besonders effizient gestalten und gleichzeitig Geräuschentwicklung und Vibrationen reduzieren.  Darüber hinaus verfügt die Serie über eine Sechs-Schritt-Kommutierung mit oder ohne Sensor-Rückmeldung (sensorlos) sowie verschiedene Schrittmotoralgorithmen mit Strombegrenzung und Blockier-Erkennung. Über die GPIO-Anwendungsschnittstelle lassen sich zudem Sensoren für eine hochpräzise Motorsteuerung integrieren. 

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Um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu maximieren, konzentrieren sich Automobilhersteller auf zwei Aspekte: die Optimierung der Energieeffizienz und die Erhöhung der Batteriekapazität. Dies stellt das Wärmemanagementsystem von Elektrofahrzeugen jedoch vor neue Herausforderungen: Batterie, Ladesystem, Wechselrichter und Motor haben jeweils unterschiedliche ideale Betriebstemperaturen. Hinzu kommt, dass die Insassen jeweils andere Wohlfühltemperaturen haben. 

Lösung von TDK

Um die lokalen Temperaturen zu messen, sind an jedem Einsatzort Wärmesensoren erforderlich. Zudem müssen Thermoventile die Kühl- und Heizflüssigkeiten verteilen und steuern. Für diese Aufgaben hat TDK Sensor- und Motorsteuerungslösungen entwickelt, darunter Temperatursensoren und 3D-Positionssensoren, die unempfindlich gegenüber Störfeldern sind, sowie kleine, LIN-gesteuerte Motorantriebe. 

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 Positionssensoren Eingebettete Motorsteuerungen

Thermoventile für die Kältemittelverteilung kommen immer häufiger in hybrid-elektrischen und vollelektrischen Fahrzeugen zum Einsatz. Der Grund dafür ist, dass viele Anwendungen mit hoher Leistungsaufnahme zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche thermische Anforderungen stellen. Solche Anwendungen sind die Kühlung von Schnellladegeräten sowie die Beheizung oder Kühlung des Fahrgastraums im geparkten Zustand, aber auch die Kühlung von Traktionsumrichtern und Elektromotoren sowie die Aufrechterhaltung einer konstanten Batterietemperatur während des Ladens und Fahrens. 

Lösung von TDK

TDK hat Positionssensoren und Motorsteuerungen für Anwendungen mit Thermoventilen entwickelt. Der HVC 5x positioniert Motoren in thermischen Nadelventilen und unterstützt fortschrittliche Regelungstechniken wie FOC. Dadurch wird deren Betrieb gleichmäßiger, präziser und geräuschärmer. Der HAL 39xy ist ein 3D-Hall-Positionssensor, der Dreh- und Linearbewegungen präzise erfasst. Die HVCs vereinen die Stromversorgung, den Mikrocontroller, den LIN-Transceiver, den Motortreiber und die Sensorschnittstellen in einem einzigen Bauelement. Dies reduziert die Systemkomplexität und die Anzahl der erforderlichen Bauelemente. Hall-Effekt-Sensoren, die unempfindlich gegenüber Streufeldern sind, eignen sich besonders für Anwendungen mit hohen Spannungen und Strömen in Elektrofahrzeugen. 

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 Positionssensoren Eingebettete Motor-Controller

Um den Betriebszustand der Batterie zu ermitteln und einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten, muss die Temperatur des Kühlmittels in der Batterie ständig überwacht werden. Andernfalls können Systemkomponenten verschleißen, ihre Lebensdauer kann sich verkürzen oder sie können sogar ausfallen. Im schlimmsten Fall kann die Batterie überhitzen und dadurch Feuer fangen. 

Lösung von TDK

Rohrmontierte Sensoren, auch als „Clip-On“-Sensoren bekannt, messen die Kühlmitteltemperatur. Da sie an der Außenseite der Rohre angebracht werden, ist keine zusätzliche Abdichtung erforderlich, um ein Austreten des Kühlmittels zu verhindern. Dadurch lassen sich das Rohrleitungssystem und die Sensoren flexibler auslegen und installieren als bei Lösungen, die eine Befestigungsbohrung erfordern. Zudem lassen sich die Abmessungen und elektrischen Parameter der Sensoren an kundenspezifische Anforderungen anpassen. 

• Clip-on-Design
• Wartungsfreundlichkeit
• Schnelle und zuverlässige Montage und Demontage
• Keine Undichtigkeiten 

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Hochspannungsbatterien arbeiten innerhalb bestimmter Temperaturgrenzen am effizientesten. Eine zuverlässige Überwachung und Regelung der Batterietemperatur verhindern eine Überhitzung der Batterie, verlängern ihre Lebensdauer und erhöhen die Sicherheit. Zu diesem Zweck ist es nötig, die Temperatur der Batterie an mehreren Stellen zu messen. So lässt sich eine lokale Überhitzung frühzeitig erkennen. 

Lösung von TDK

TDK hat Temperatursensoren entwickelt, die mit der Batterieoberfläche thermisch optimal kontaktieren. Eine Ringlasche aus einem batterieverträglichen Material ermöglicht eine einfache Befestigung. Bei der Sprungfederserie drückt eine externe Spiralfeder, eine Flachfeder oder ein Kunststoffhaken auf die Batterieoberfläche. Diese ausgeklügelte Befestigungslösung gleicht Toleranzen an der Schnittstelle aus und sichert so über die gesamte Lebensdauer des Produkts hinweg einen hervorragenden thermischen Kontakt. 

• Ringzungen-, Federkraft- und Temperatursensor-Konstruktion
• Hochspannungsfest und feuchtigkeitsbeständig
• Intelligentes Befestigungskonzept reduziert Temperaturversatz 

Es gibt PTC-Temperaturgrenzsensoren in den SMD-Bauformen 0402, 0603 und 0805. Diese zuverlässige und platzsparende Lösung eignet sich für den Einsatz in automatisierten Fertigungslinien. 

• Kleine Abmessungen
• Schnelles und zuverlässiges Ansprechverhalten
• Reflow-Löten möglich
• Geeignete Produkte 

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 Temperatursensoren SMD-NTC-Sensoren SMD-PTC-Sensoren PTC-Heizelemente

Für Hybrid- und Elektrofahrzeuge (xEVs) ist ein effizientes Batteriemanagement essenziell. Die wichtigste Funktion der Batterieüberwachung besteht darin, jederzeit den genauen Zustand der Batterie zu ermitteln. Um die Reichweite zu maximieren, müssen Lade- und Entladeströme präzise und zuverlässig gemessen werden. Bei Hochspannungsbatterien (400 V/800 V) in xEVs muss die Strommessung galvanisch getrennt sein und höchstmögliche Sicherheit gewährleisten. 

Lösungen von TDK

TDK hat eine Stromsensorlösung für das Batteriemanagement in xEVs entwickelt. Die verwendete TMR-Technologie (magnetischer Tunnelwiderstand) beim CUR 423x arbeitet berührungslos und ist galvanisch von der Hochspannungs-Batterie getrennt. Aufgrund seines kernlosen Aufbaus reduzieren sich Gewicht und Größe des Moduls. Der CUR 423x kann daher Ströme in sicherheitskritischen Anwendungen präzise messen. 

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Elektroantriebe arbeiten am effizientesten bei Temperaturen um +100 °C. Bei höheren Temperaturen lässt deren Leistung jedoch rapide nach. Deshalb gehören Temperatursensoren zur Regelung von Elektromotoren. Solche Sensoren schützen die Statorwicklung auch davor, zu überhitzen, und verhindern so Schäden an der Motorisolierung. Daher müssen diese Sensoren schnell auf Temperaturänderungen reagieren, anspruchsvollen mechanischen und umgebungsbedingten Einflüssen standhalten und ein Befestigungskonzept bieten, das den Integrationsaufwand reduziert. 

Lösungen von TDK

Die Temperatursensoren von TDK verfügen über ein einfaches, intelligentes Clip-and-Interlock-System zur schnellen Integration der Sensoren. Ein zusätzliches Verkleben oder Befestigen ist nicht erforderlich. Die Sensoren sind resistent gegen ATF-Öl und zeichnen sich durch eine hohe Durchschlagfestigkeit sowie eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aus. TDK bietet zudem alternative Materialien für die Sensorgehäuseverkapselung an, beispielsweise harte oder weiche Gehäuse, um die Integration zu erleichtern. 

• Einfaches Montieren und Demontieren
• Robustes Verriegelungssystem
• Hervorragende Wärmeleitfähigkeit
• Hohe Durchschlagfestigkeit
• Beständigkeit gegenüber ATF-Öl
• Geeignete Produkte 

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Umrichter für Hochspannungssysteme sind hohen Belastungen ausgesetzt. Dadurch kann das System überhitzen, was dessen Gesamtleistung beeinträchtigt. Um eine optimale Leistung sicherzustellen, müssen Umrichter daher thermisch überwacht und aktiv gekühlt werden. Zudem ist es unerlässlich, die empfindliche Leistungselektronik vor Überhitzung zu schützen, um die Lebensdauer des Umrichters zu maximieren. 

Lösungen von TDK

Das Produktportfolio von TDK umfasst eine Reihe von NTC-Temperatursensoren mit Ringlaschen, um die Temperatur im Umrichter zu erfassen. Diese Montageart sorgt für eine gute thermische Kopplung und einen geringen Temperaturversatz. Zudem sind die Bauelemente für den Betrieb bei hohen Spannungen validiert.

• Einfache und flexible Montage
• Hohe Durchschlagfestigkeit
• Gute thermische Kopplung
• Kurze Reaktionszeit
• Kompatibel mit verschiedenen Oberflächen 

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Beim Schnellladen entstehen hohe Temperaturen an den Ladeanschlüssen der Fahrzeuge. Um eine Überhitzung zu verhindern, schreibt die International Electrotechnical Commission (IEC) vor, dass die in Steckverbinder-Systemen verwendeten Temperatursensoren mindestens die Anforderungen der Norm IEC TS 62196-3-1 erfüllen müssen. Temperatursensoren müssen daher besonders präzise messen und thermisch eng toleriert sein. 

Lösung von TDK

Die Sensoren der Serie K862 von TDK zeichnen sich durch ihre miniaturisierte Bauweise aus. Dank ihres kleinen Keramikgehäuses lassen sie sich gut mit der Oberfläche der Anschlussstifte verbinden und gewährleisten einen hervorragenden thermischen Kontakt. Zudem sind die Sensoren für eine hohe Wechselspannung von bis zu 4 kV ausgelegt. 

• Miniaturisierte Bauweise  
• Hohe Durchschlagfestigkeit
• Hervorragende Wärmeleitfähigkeit 

Es gibt PTC-Temperaturgrenzsensoren in den SMD-Bauformen 0402, 0603 und 0805. Diese zuverlässige und platzsparende Lösung eignet sich für den Einsatz in automatisierten Fertigungslinien. 

• Kleine Abmessungen
• Schnelles und zuverlässiges Ansprechverhalten
• Reflow-Löten möglich
• Geeignete Produkte 

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 Temperatursensoren SMD-NTC-Sensors SMD-PTC-Sensors